通用飛機航電系統開發過程中的需求研究

劉文學，馮偉，劉文，李亞杰

(中航工業西安航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

通用飛機航電系統開發過程中的需求研究

劉文學，馮偉，劉文，李亞杰

(中航工業西安航空計算技術研究所，陜西西安，710065）

在通用飛機的航電系統開發過程中，需求定義是非常關鍵的環節，本文以飛機級需求、相關適航法律法規、技術標準和未來技術發展為參考，對通用飛機航電系統的功能需求、適航需求、安全性需求、人機功效需求、經濟性需求和維護保障需求進行了研究分析，并在實際應用中對某型航電系統的開發形成了有效指導。

航電系統；功能需求；適航；安全性

0 引言

在系統工程中，需求分析是系統開發過程中比不可少的環節，需求是系統架構、設計、集成和驗證的基礎，對系統開發的成本和周期具有重要的影響。如果在前期沒有做好需求分析，當系統開發過程中發現需求不正確或者需求不能滿足實際要求，此時重新進行需求更改過程，系統開發的成本和周期就會成倍的增長，最終導致系統開發失敗。因此在系統開發過程中一定要重視需求，進行認真仔細的需求研究，是系統開發成功的基礎。

本文以通用飛機航電系統開發為目標，在需求分析階段通過對航電系統不同的需求進行研究，包括功能需求、適航需求、安全性需求、人機功效需求、經濟性需求和維護保障需求，識別出這些需求的特點和相關因素，最終用于指導實際系統開發過程。

1 通用飛機航電系統介紹

通用飛機航電系統是指為支持完成通用飛機正常飛行任務所需配備的機載電子系統,一般包括綜合顯示、通信、導航、監視、飛行管理、空管等功能。航電系統作為通用飛機的核心系統和關鍵的人機交互界面，先進的系統設計能夠幫助飛行員提高的飛行能力和對周圍環境的感知能力，以提高飛行的安全性，同時還能減輕飛行員的飛行負擔、提高飛行效率。圖1為某型通用飛機航電系統示意圖。

2 通用飛機航電系統需求研究

2.1 通用飛機航電系統的功能需求

通用飛機航電系統功能需要考慮未來國家航空管理的規定，對一些未來可能需要升級或新增的功能規定進行需求分析研究，形成對這些功能需求的準確定義。

圖1 通用飛機航電系統示意圖

我國“十一五”規劃初步建成的“新一代航空運輸系統”，國際民航組織提出的“新航行系統”以及美國政府聯合規劃發展辦公室(JPDO)提出的“下一代空中運輸系統(NGATS)”，其核心思想基本相同，與目前基于地面的雷達導航、有聲無線電和人工空中交通管理的系統不同，新一代航空運輸系統將是基于衛星導航、電子數據交換和自動化空中交通管理的系統，將會提高航空運輸系統的安全性，減少環境污染。這種改變將會對綜合座艙顯示、CNS/ATM、飛行管理等機載電子系統功能產生非常大的影響。

其中對導航能力的要求表現為，采用GPS、GALELIO、GLONASS或者北斗等多傳感器定位信息的融合，通過地面、空間和機載增強系統提高導航精度，可保障航路、終端區、進近飛行和著陸；能夠使基于軌跡的航空器進行動態的空域管理、分配和使用，靈活選擇航跡，增加自主間隔調配。

綜合座艙顯示要求把相鄰航空器位置、航跡、機場電子地圖、氣象信息等傳輸到駕駛艙進行顯示，采用駕駛艙顯示技術使得飛行員和管制員看到的是同一種真實的情景。

新一代航空運輸系統需要建立在新技術、新程序上的新型的空中交通管理系統和基于性能的航空運行模式自動相關監視廣播系統（ADS-B），飛機把自身空間位置和軌跡（機載計算機提供的衛星導航數據）通過數據鏈廣播到空間和地面，其周邊飛機和地面管制員可以看到該飛機的實時位置及飛行軌跡。

這些都充分體現了新一代航空運輸系統對機載電子系統的影響，需要通過研究并形成面向通用飛機航電系統功能性需求。

2.2 適航需求

民用航空管理局審查部門對通用飛機航電系統的要求是系統研制的最基本要求，因為審查部門的要求是對飛機安全性的最低要求，只有滿足該要求才能保證系統的安全性。適航需求研究的層次說明如下。

（1）CCAR23部《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》F章對航電系統設備的要求，分析總結出其中適用于適用于通用飛機航電系統的設計需求。同時需要研究CCAR121部中K章儀表和設備要求、T章飛行運作、U章簽派和飛行放行等內容對飛機儀表和設備中提出的操作要求，在此基礎上研究CCAR91部中規定的飛行規則，嚴格按照該規則設計平臺中相關功能，確保平臺的實用性和適航性。

（2）民用飛機機載設備的適航性技術要求是“技術標準規定（TSO）”，審定部門針對每一類機載設備會頒布一個TSO，TSO是機載設備的最低性能標準，規定了相應機載設備的適航技術要求。通過研究系統集成的相關功能，確定系統中對應的CTSO標準。

（3）為了保證系統標準化，應盡量采用國際通用的工業標準和行業標準。通過研究ARINC651、ARINC653、ARINC764、ARINC661等綜合化航空電子系統相關標準，研究通用飛機航電系統中硬件平臺、接口、軟件、總線、安裝等需求，使系統具備良好的通用性和兼容性。

2.3 系統安全性需求

民機機載系統和設備安全性評估工作將根據SAE ARP4754和ARP4761中規定的安全性評估方法進行，分析通用飛機航電系統中承擔的飛機級功能，采用功能危害度分析對平臺所有功能進行安全性評估，并確定其失效對飛機級的影響從而確定失效危害度等級。

FHA過程是識別每一種失效狀態及其分類原理，隨著設計過程中飛機的功能被分配到各個系統，應當對每一個綜合了多項功能的系統再進行FHA檢查。此時系統FHA應為考慮分配到該系統的單個功能或其組合。FHA的輸出將成為系統初步安全性分析（PSSA）的起始點，將定性和定量的安全性要求作為平臺研制的安全性需求。

2.4 人機功效需求

人機功效主要體現在機載電子系統的人機工程學中，航空人機工程學是載人飛行器設計和操縱員訓練的理論基礎之一。現在大多數通用飛機都采用綜合化座艙顯示系統，為減輕飛行員的工作負荷和疲勞度，保持良好的態勢感知能力，以減少人因飛行事故，提高綜合座艙數字顯示界面的整體工作績效，對綜合座艙數字顯示界面進行人機交互功效設計和評估的問題亟待解決。

在系統設計初期應充分考慮到人機工效的內容和需求，并應用到座艙顯控單元的設計。需要對現有飛機座艙顯控單元進行充分調研，歸納分析顯控單元存在的人機工效問題。在此基礎上，結合面向通用飛機的綜合座艙顯控單元的趨勢和特點確立人機工效評估和需求。

2.5 經濟性需求

通用飛機面對的用戶大部分是私人用戶和企業用戶，用戶對飛機本身的價格和后期的運營成本非常敏感，因此通用飛機設計中非常注意成本的控制。需要研究通用飛機各方面的成本對通用飛機航電系統的要求和系統本身設計總的低成本實現技術。

2.6 維護保障需求

通用飛機的所面對的用戶群體，決定了通用飛機不可能像大飛機擁有專業化的培訓、維護和升級團隊，通用飛機需要更加簡單、快捷的方式、手段和方法進行飛機和系統的培訓、維護和升級，研究通用飛機的這些維護保障需求對通用飛機航電系統的要求。

3 結束語

本文通過對通用飛機航電系統開發中的需求進行研究，分析了系統需求中的核心功能要素、涉及的適航和安全性相關標準、以及滿足新一代航空運輸系統的要求。能夠有效指導通用飛機航電系統開發過程中的需求定義，并且已經在實際系統開發中得到應用。

[1]David D.Walden.A guide for system life cycle process and activities[M],ISBN 978-1-118-99940-0,2015.

[2]伊群,ICAO全球空中交通管理運行概念[J]，中國民用航空，2003年, 35( 11): 48- 51.

[3]肖靖,孫濤,陳宇.在我國實施ADS-B技術的探討[J].中國民航航空,2005年,第10期,25-29.

[4]SAE ARP4761, Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[M],1996.

Requirements Research For The Development Of General Aircraft Avionics

Liu Wenxue, Feng Wei, Liu Wen, Li Yajie
（Avic xi ‘an aviation institute of computing technology,Xi’an Shaanxi,710065）

Requirement definition is an important process for the development of general aircraft avionics.For the reference of aircraft requirements, laws, regulations, technical standard orders and future technical development, functions requirements, airworthiness requirements, safety requirements, human factors, economical requirements and maintenance requirements for the general aircraft avionics is researched in this paper. The results of this research have got real application for some avionics development.

avionics; function requirements; airworthiness; safety